低温低浊水处理工艺的改进与设计

文_苏晓明 青岛世创环境工程有限公司

1 低温低浊水水质状态

一般情况下，将温度在4℃左右，浊度在20mg/L左右的水体称为低温低浊水。

1.1 温度

低温低浊水因其特性，在冬季冰封后，水温降到1℃左右。

1.2 浊度

原水在冬季冰封期时,浊度基本不变，保持在40度左右。

1.3 pH

pH在水中极易受到温度的影响，当水温下降时，水中溶解的二氧化碳量会增大，形成碳酸根及碳酸氢根离子，使pH降低0.2左右。由于在冬季水温会降得很低，对于pH的影响也会变大，原水的pH会变小，使混凝剂的投入量有一定误差，这对于水资源的处理来说不失为一个严重的现实问题。

1.4 粒径分布

由于低温低浊水中所形成的胶体较多，而胶体颗粒粒径又很小。另外，小颗粒分布很广，粒径分布较均匀，这也给低温低浊水处理造成了不利条件。

1.5 吸附容量

水处于低温低浊时期时，其中包含的杂质颗粒较多，使得吸附容量增大。

2 影响低温低浊水处理的因素

低温低浊水中出现的杂质大部分为颗粒较细的胶体，由于胶体有动力稳定性和凝聚稳定性，因此在处理低温低浊水时，普通沉淀和过滤的方法皆无明显作用，即便用两层定量滤纸，穿透率也难以达到90%以上。低温低浊时期的水因pH下降，使得带正电的胶体颗粒数量增多，因此所需混凝剂的量较少，絮凝速度减慢，絮凝小、细、轻且易折断，对于沉淀来说较为困难。另外，除去pH、混凝剂的类型及投入量的影响因素外，水温、水利条件等对于低温地做水的处理也有很大影响，尤其是温度的变化，温度越低，水处理越困难。

2.1 温度与絮凝形成速度

2.1.1 低温对有效碰撞次数的影响

低温低浊水中颗粒数量减少，有效碰撞率低，而且在低温条件下，水中杂质颗粒粒径小、粘度大，导致各液体层之间的内阻力增大，颗粒碰撞次数少，絮凝速度慢。因为凝絮的形成与絮凝速度有着密不可分的关系，絮凝速度到达一定程度后才能生成较大的絮凝体，单位时间内颗粒的碰撞次数与有效碰撞次数之比对于凝絮有着决定性的作用。有效碰撞率越高，絮凝速度越快。

2.1.2 带电微粒之间作用力的影响

胶体颗粒在水中带有负电荷，两个带有负电荷的颗粒之间经过范德华力，即物质固有的引力，以及静电斥力的影响，使颗粒之间的间距发生变化。然而在低温条件下，胶粒无法克服最大排斥力，依然以原始的状态存在，沉淀无法形成。

2.2 混凝剂水解速率与温度

处理低温低浊水常用混凝剂的作用机制如下：混凝剂首先解离成离子形式，进而发生水解反应，而温度对水解速率影响较大，一般情况下的Al3（SO4）2在0℃的水温条件下，水解速率只有5℃时的一半左右。

2.3 过滤与温度

在过滤过程中，主要采用化学吸附和物理截流方式，但大的杂质一般难以透过小间隙的滤料层而被截留下来，滤料表面带有一层负电荷，随着为微絮凝体的不断聚集，电位随之上升，使得砂滤料的表面负电荷被中和或带上少量正电荷。絮凝体脱稳程度高，电位趋于零，则可以聚集于砂粒上，达到净水目的。但在低温条件下，过滤后水质较差，主要原因是在低温时水的粘度增大，凝絮粒径缩小，导致有效碰撞率降低，絮凝体的脱稳程度不高，砂滤料表面电荷多为负电荷，使其吸附力不强，易造成絮凝被剪切。

2.4 沉淀效果与温度

水在较低温度下，难以形成大且多的絮体状物质，水体中各类颗粒物质凝结力下降，导致粘度增大，进而对颗粒的沉降速度造成负反馈。此外，由于水体处于低温时，其中大多数颗粒凝聚性差，粒径不大，脱稳性不佳，根据沉淀理论，其自然沉降速度小于截留速度，颗粒流出，使得低温低浊水难以达到一定的沉淀效果。

3 低温低浊水的处理工艺

3.1 混凝沉淀法

3.1.1 提升水体中大颗粒的浓度

在低温低浊水中，活性粉砂的粒径和密度能够促进其混凝，是一种良好絮凝介质。因此，在低温低浊水中将通过聚丙烯酰胺（HPAM）作为吸附架桥活性化的粉砂，形成活性良好的砂絮体，促进低温低浊水的沉淀，符合动力学条件。

3.1.2 选择合适的混凝剂

李润生等人对宁波市低温低浊水进行的混凝沉淀实验表示，应用Al3（SO4）2治理低温低浊水往往难以达到满意的效果，有时甚至会产生相反的效果。而聚氯化铝系列混凝剂处理效果较硫酸铝更佳，这主要是因为Al3（SO4）2作为一种普通无机混凝剂，在低温低浊水中的水解速率被降低，致使其水解产物量少且结构不稳定，难以起到吸附架桥作用。将RS复合碱式氯化铝系列混凝剂加入低温低浊水中后，自用水率降低，水中pH稳定性变高，滤池也能够工作更长时间。在实际处理工作中，不能直接将混凝剂加入到工业处理中，而要先进行两步模拟实验。第一个实验在实验室进行，对处理当地低温低浊水的混凝剂等进行选择，一般都选择PAM-非絮凝剂、FCH混凝剂和PR-17低浊添加剂；第二个实验在现场进行，将已决定好的处理工艺进行实验，并对其加工改善，确定最佳方案。两个时实验均完成后才能进行工业性试验。

3.1.3 改善设备工艺的操作方法

传统絮凝池处理低温低浊水后剩余浊度较高，利用微涡旋理论改进后的网格型蓄电池适应性强，运行操作后水浊度降低较多，水中的藻类密度和高锰酸盐指数（CODMn）也明显降低，对于我国偏南地区的高藻低浊原水的处理效果也较佳，这表明改善各项设备工艺的运行操作方法，对于低温低浊水的处理工艺将产生有利影响。

3.1.4 加入强氧化剂

强氧化剂具有强氧化性，能够与水中有机物反应，并破坏其在胶体颗粒表面形成的保护层，使胶体颗粒的脱稳性强，增加胶体极性，使其形成的絮凝体大且密实，促进絮凝反应，在低温低浊水的处理工艺中有很好的助凝作用。

（1）氯气

经多次实验证明，氯气作为一种强氧化剂，将其加入低温低浊水中后有明显的助凝作用，属于氧化剂与有机胶体的反应理论。一般来说，原水中加入氯2～ 4 mg/L，便可产生良好的去浊度效果。

（2）高锰酸盐复合药剂(PPO)

生产性试验结果表明，高锰酸复合药剂强化混凝技术对于低温低浊水处理有明显效果，高锰酸钾氧化性强，易与水中有机物反应生成二氧化锰，促进混凝沉淀。在处理松花江水低温低浊问题时，与传统的单一聚合铝（PAC）混凝工艺对比显著，高锰酸盐复合药剂(PPO)在减少混凝药剂用量、降低进水成本的条件下，能够大大降低水体的剩余浊度。

（3）高铁酸盐

高铁酸盐与水中有机物反应后生成的Fe（OH）3性质较稳定，能够促进低温低浊水的混凝沉淀，与Al3（SO4）2混凝剂相比，其处理效果更佳，并兼有一定的消毒作用。

3.2 其它物理处理方法

3.2.1 气浮工艺

气浮工艺是指借助水中大量的微小气泡，使得颗粒杂质附着于气泡上，进而通过浮力将杂质颗粒与气泡一同浮出水面，达到固液分离的目的。

3.2.2 活性炭

活性炭因其结构中具有许多微小孔隙而有很好的吸附作用，因此针对微污染的低温低浊水，采用活性炭吸附是一条很好的途径。在常规净水工艺的基础上，加入粉状的活性炭不但能够去除水体色度、浊度、异味，还能达到去除一定污染物的效果。

3.2.3 直接过滤法

微絮凝直接过滤法净化低温低浊水的原理是：在低温低浊水中投加主絮凝剂，必要时可再加助絮凝剂，混合后借助滤料直接进行过滤。此工艺技术现已在少数地方应用，应用效果较好。

4 结语

近年来，低温低浊水作为水质处理的一大难点，受到越来越多的关注。现如今，已有部分低温低浊水处理工艺受到认可，但仍有较大进步空间，本文希望能够给低温低浊水处理技术的改善提供参考价值。